Les réseaux de capteurs sans-fil sont composés de dispositifs électroniques conçus pour mesurer une grandeur physique de l’environnement dans lequel ils sont déployés et pour acheminer ces mesures à un système d’information. Dans nos travaux, nous étudions les architectures de réseau et les protocoles de communication associés afin de déterminer les configurations adéquates à un scénario de réseau de capteurs pour la Ville Intelligente. Après avoir recensé les applications et leurs exigences de Qualité de Service attendue, nous avons construit des modèles analytiques permettant de comparer les différentes familles de protocoles MAC en terme de taux de livraison et de consommation d’énergie. Ces travaux permettent ainsi de motiver le choix d’un protocole synchrone ou asynchrone, à contention ou à accès direct, en fonction du scénario applicatif et du déploiement de réseau considéré : longue portée ou multi-sauts. Sur la base des résultats de cette étude, nous proposons ensuite un ensemble d’optimisation des protocoles de communication permettant d’améliorer la Qualité de Service et la dépense énergétique des compteurs. Nous proposons une méthode d’accès au médium de communication permettant l’allocation de plusieurs instants de transmission en une phase unique de tournoi. Cette optimisation vise à réduire le pôle de consommation majoritaire des réseaux multi-sauts, tel qu’identifié dans l’étude précédente. Le protocole résultant, CT-MAC, résout l’allocation de plusieurs instants de transmission en une unique phase de compétition et de manière distribuée. CT-MAC réduit ainsi la consommation d’énergie de l’arbitrage du médium. Nous proposons ensuite un mécanisme de relayage adaptatif pour l’architecture de réseau longue-portée. Le protocole, nommé SARI-MAC, est conçu de manière à pallier aux ‘trous’ de couverture que présentent les systèmes radio longue-portée lorsqu’ils sont déployés dans un habitat urbain dense. Pour cela, SARI-MAC propose d’exploiter certains nœuds du réseau, choisis pour leurs ressources en énergie, en tant que relais pour leurs voisins dont le bilan radio est insuffisant pour respecter les exigences de Qualité de Service de l’application. SARI-MAC est un protocole MAC asynchrone, initié récepteur dont les paramètres s’adaptent automatiquement aux conditions de trafic et aux contraintes de cycle d’activité imposées par la durée de vie souhaitée des nœuds capteurs et par la législation. Finalement, nous proposons un schéma de routage opportuniste appelé QOR. QOR est un protocole de routage qui tire profit des liens radio longue portée, opportunistes afin d’améliorer la fiabilité et la latence des transmissions de données dans un réseau de collecte. Pour cela, QOR propose une structure de routage combinée à un schéma d’adressage permettant d’identifier un ensemble de nœuds relais entre une source et la passerelle de collecte. / Wireless Sensors are small electronic devices made for measuring physical properties of their environment and communicating them wirelessly to an information system. In this thesis, we study existing network architectures and to devise the best-suited configuration for typical urban wireless Sensor Network use-cases. To that effect, we provide comprehensive analytical models to compare the different families of MAC protocols in terms of Delivery Rate and Energy Consumption, e.g. synchronous vs asynchronous, contention-based vs direct access etc. Headlines results a mathematical framework to devise the least energy-cost contention algorithm for a given Delivery Rate and closed-form expressions of the Energy Consumption and Delivery Rate for popular access control protocols. These results are then synthesised in a comparison study of the two prevailing urban sensors network architectures, i.e. long-range and multihop. We show that long-range sensor networks are best-suited for low-traffic and sparser network topologies while higher traffic loads and denser network topologies demand switching to a multihop network operating a synchronous MAC protocol on higher bitrate radios. Based on the analysis of the architectures best suited for each use-case scenario, i.e. low traffic loads/sparse network and high traffic loads/dense network, we identify suitable optimisations to improve the QoS performance and energy efficiency of said architectures. First, we improve on the energy efficiency of the arbitration of the medium access by defining a cascading tournament contention algorithm. This protocol, CT-MAC, resolves multiple timeslots allocation in a single, energy efficient contention tournament. Second, we propose an adaptive relaying scheme for the long-range network architecture named SARI-MAC. This scheme is an attempt to cope with coverage holes that occurs when using long-range in a dense urban habitat by letting sensor nodes relay communications of nodes whose link budgets are incompatible with the QoS requirements of the network. To that effect, we propose a receiver-initiated MAC protocol that self-adapts to the traffic condition so that the duty-cycle of relayers is kept as low as possible with respect to the load of frames to relay. Finally, we propose an opportunistic relaying scheme named QOR. QOR is a routing protocol that exploits long-range, opportunistic radio links to provide faster and more reliable transmissions. To that effect, QOR proposes a joint routing structure and addressing scheme that allows identifying a limited set of nodes than can become opportunistic relayers between a source sensor and the sink. Those nodes then follow an original cascaded acknowledgement mechanism that brings reliable acknowledgment and ensures a replication-free forwarding of the data frames.

Avec l'utilisation grandissante des technologies distribuées sans fil pour la modernisation des services, les déploiements d'infrastructures radio dédiées ne permettent plus de garantir des communications fiables, à grande échelle et pour un bas coût. Cette thèse vise à permettre à un opérateur de déployer une infrastructure de réseau radio pour plusieurs applications clientes de l'Internet des Objets (IoT). Nous étudions la mutualisation d'une architecture pour différents flux de trafic afin de rentabiliser le déploiement du réseau en partageant la capacité des nœuds et une large couverture. Nous devons alors garantir une Qualité de Service (QoS) différenciée pour les flux de chaque application. Nous proposons de spécifier des contrats de QoS nommés Service Level Agreements (SLA) dans le domaine de l'IoT. Ceux-ci définissent les indicateurs clés de performance (KPI) de délai de transit et de taux de livraison pour le trafic provenant d'objets connectés distribués géographiquement. Dans un second temps, nous détaillons les fonctionnalités nécessaires à la mise en œuvre des SLA sur le réseau opéré, sous la forme d'une architecture de gestion de SLA. Nous envisageons l'admission de nouveaux flux, l'analyse des performances courantes et la configuration des relais de l'opérateur. Sur la base d'une technologie robuste, multi-saut, IEEE Std 802.15.4-2015 mode TSCH, nous proposons un mécanisme d'observation de réseau permettant de vérifier les différents KPI. Nous utilisons les trames de données existantes comme support de collecte afin de réduire le surcoût en termes de ressources de communication. Nous comparons différentes stratégies de piggybacking afin de trouver un compromis entre la performance et l'efficacité de l'observation. Puis nous détaillons KAUSA, un algorithme d'allocation de ressources sous contraintes de QoS multi-flux. Nous dédions des ressources temps-fréquences ajustées saut-par-saut pour chaque message. KAUSA prend en compte les interférences, la fiabilité des liens radio et la charge attendue afin d'améliorer la répartition des ressources allouées et ainsi prolonger la durée de vie du réseau. Nous montrons les gains et la validité de nos contributions par simulation, sur la base de scénarios réalistes de trafic et d'exigences. / With the growing use of distributed wireless technologies for modern services, the deployments of dedicated radio infrastructures do not enable to ensure large-scale, low-cost and reliable communications. This PhD research work aims at enabling an operator to deploy a radio network infrastructure for several client applications, hence forming the Internet of Things (IoT). We evaluate the benefits earned by sharing an architecture among different traffic flows, in order to reduce the costs of deployment, obtaining a wide coverage through efficient use of the capacity on the network nodes. We thus need to ensure a differentiated Quality of Service (QoS) for the flows of each application. We propose to specify QoS contracts, namely Service Level Agreements (SLAs), in the context of the IoT. SLAs include specific Key Performance Indicators (KPIs), such as the transit time and the delivery ratio, concerning connected devices that are geographically distributed in the environment. The operator agrees with each client on the sources and amount of traffic for which the performance is guaranteed. Secondly, we describe the features needed to implement SLAs on the operated network, and we organize them into an SLA management architecture. We consider the admission of new flows, the analysis of current performance and the configuration of the operator's relays. Based on a robust, multi-hop technology, IEEE Std 802.15.4-2015 on TSCH mode, we provide two essential elements to implement the SLAs: a mechanism for the monitoring of the KPIs, and KAUSA, a resource allocation algorithm with multi-flow QoS constraints. The former uses existing data frames as a transport medium to reduce the overhead in terms of communication resources. We compare different piggybacking strategies to find a tradeoff between the performance and the efficiency of the monitoring. With the latter, KAUSA, we dedicate adjusted time-frequency resources for each message, hop by hop. KAUSA takes into account the interference, the reliability of radio links and the expected load to improve the distribution of allocated resources and prolong the network lifetime. We show the gains and the validity of our contributions with a simulation based on realistic traffic scenarios and requirements.

Les Réseaux Orientés Contenus (Information Centric Networking (ICN)) représentent un nouveau paradigme qui se développe de plus en plus dans le monde de l’Internet. Ils mettent en avant de nouvelles approches centrées sur le contenu pour concevoir une nouvelle architecture pour le réseau Internet du futur dont l’usage bascule aujourd’hui d’une communication orientée machines (hosts) vers une distribution et une récupération de contenus à large échelle.Dans ce cadre, plusieurs architectures de type ICN ont été proposées par la communauté scientifique dans le cadre de plusieurs projets internationaux : DONA, PURSUIT, SAIL, COMET, CONVERGENCE, Named Data Networking (NDN), etc.Nos travaux de thèse se sont focalisés sur la problématique du routage dans les réseaux de ce type, au travers d’une architecture de type NDN qui représente aujourd’hui une des architectures ICN les plus évoluées.En particulier, nous nous sommes intéressés à concevoir et à mettre en œuvre des solutions de routage qui intègrent les métriques de qualité de service (QdS) dans les architectures NDN au regard de usages courants dans le réseau Internet. Celui-ci est en effet caractérisé par une hétérogénéité des liaisons et des conditions de trafic hautement dynamiques.Dans ce type d’architectures, la diffusion des paquets de données est organisée en deux plans : le plande routage et le plan d’acheminement. Ce dernier est responsable de l’acheminement des paquets sur l’ensemble des chemins disponibles au moyen d’une stratégie identifiée en amont. Le plan du routage est quant à lui utilisé uniquement pour soutenir le plan d’acheminement. De fait, les solutions que nous proposons consistent en de nouvelles stratégies d’acheminement avec QdS que nous qualifions d’adaptatives. Ces stratégies sont capables de transmettre les paquets sur de multiples chemins tout en considérant les paramètres de QdS liés à l’état du réseau et collectés en temps réel.La première approche proposée est conçue sur la base d’une méthode d’apprentissage inductif,du type Q-learning en ligne, et est utilisée pour estimer les informations collectées sur l’état dynamique du réseau.La deuxième contribution consiste dans une stratégie d’acheminement adaptatif conçue pour les architectures NDN et prenant en compte les métriques liées à la QdS. Elle est basée sur les similarités entre le processus d’acheminement des paquets dans les architectures NDN et le comportement des fourmis lors de la recherche du plus court chemin entre leur nid et les sources de nourriture. Les techniques utilisées pour concevoir cette stratégie sont inspirées des approches d’optimisation utilisées dans les algorithmes de type « colonies de fourmis ».Enfin, dans la dernière partie de la thèse, nous généralisons l’approche décrite ci-dessus pour l’étendre à la prise en compte simultanée de plusieurs paramètres de QdS. Sur la base de ces mêmes principes, cette approche a ensuite été étendue à la résolution des problèmes liés à la congestion.Les résultats obtenus montrent l’efficacité des solutions proposées dans une architecture NDN et permettent ainsi de considérer les paramètres de QdS dans les mécanismes d’acheminement des paquets ouvrant la voie à diverses applications orientées contenus sur ce type d’architecture / The Information Centric Networking (ICN) represents a new paradigm that is increasingly developed within the Internet world. It brings forward new content-centric based approaches, in order to design a new architecture for the future Internet, whose usage today shifts from a machine oriented communication (hosts) to a large-scale content distribution and retrieval.In this context, several ICN architectures have been proposed by the scientific community, within several international projects: DONA, PURSUIT, SAIL, COMET, CONVERGENCE, Named Data Networking (NDN), etc.Our thesis work has focused on the problems of routing in such networks, through a NDN architecture, which represents one of the most advanced ICN architectures nowadays.In particular, we were interested in designing and implementing routing solutions that integrate quality-of-service metrics (QoS) in the NDN architecture in terms of current Internet usage. This latter is indeed characterized by a heterogeneity of connections and highly dynamic traffic conditions.In this type of architecture, data packets broadcast is organized in two levels: the routing planand the forwarding plane. The latter is responsible for routing packets on all available paths through an identified upstream strategy. The routing plan is meanwhile used only to support the forwarding plane. In fact, our solutions consist of new QoS routing strategies which we describe as adaptive. These strategies can transmit packets over multiple paths while taking into account the QoS parameters related to the state of the network and collected in real time.The first proposed approach is designed on the basis of a on-line Q-learn type inductive learning method, and is used to estimate the information collected on the dynamic state of the network.The second contribution is an adaptive routing strategy designed for NDN architectures which considers the metrics related to QoS. It is based on the similarities between the packet forwarding process in the NDN architecture and the behavior of ants when finding the shortest path between their nest and food sources. The techniques used to design this strategy are based on optimization approaches used "ant colonies" algorithms.Finally, in the last part of the thesis, we generalize the approach described above to extend it to the simultaneous consideration of several QoS parameters. Based on these principles, this approach was later extended to solving problems related to congestion.The results show the effectiveness of the proposed solutions in an NDN architecture and thus allow to consider QoS parameters in packet delivery mechanisms paving the way for various content-oriented applications on this architecture

Ce travail de thèse présente une stratégie de transmission exploitant la diversité spatiale pour la transmission d'images sur canal sans fil. On propose ainsi une approche originale mettant en correspondance la hiérarchie de la source avec celle des sous-canauxSISO issus de la décomposition d'un canal MIMO. On évalue les performances des précodeurs usuels dans le cadre de cette stratégie via une couche physique réaliste, respectant la norme IEEE802.11n, et associé à un canal de transmission basé sur un modèle de propagation à tracé de rayons 3D. On montre ainsi que les précodeurs usuels sont mal adaptés pour la transmission d'un contenu hiérarchisé. On propose alors un algorithme de précodage allouant successivement la puissance sur les sous-canaux SISO afin de maximiser la qualité des images reçues. Le précodeur proposé permet d'atteindre un TEB cible compte tenu ducodage canal, de la modulation et du SNR des sous-canaux SISO. A partir de cet algorithme de précodage, on propose une solution d'adaptation de lien permettant de régler dynamiquement les paramètres de la chaîne en fonction des variations sur le canal de transmission. Cette solution détermine la configuration de codage/transmission maximisant la qualité de l'image en réception. Enfin, on présente une étude sur la prise en compte de contraintes psychovisuelles dans l'appréciation de la qualité des images reçues. On propose ainsi l'intégration d'une métrique à référence réduite basée sur des contraintes psychovisuelles permettant d'assister le décodeur vers la configuration de décodage offrant la meilleure qualité d'expérience. Des tests subjectifs confirment l'intérêt de l'approche proposée. / This thesis presents a transmission strategy for exploiting the spatial diversity for image transmission over wireless channel. We propose an original approach based on the matching between the source hierarchy and the SISO sub-channels hierarchy, resulting from the MIMO channel decomposition. We evaluate common precoder performance in the context of this strategy via a realistic physical layer respecting the IEEE802.11n standard and associated with a transmission channel based on a 3D-ray tracer propagation model. It is shown that common precoders are not adapted for the transmission of a hierarchical content. Then, we propose a precoding algorithm which successively allocates power over SISO subchannels in order to maximize the received images quality. The proposed precoder achieves a target BER according to the channel coding, the modulation and the SISO subchannels SNR. From this precoding algorithm, we propose a link adaptation scheme to dynamically adjust the system parameters depending on the variations of the transmission channel. This solution determines the optimal coding/transmission configuration maximizing the image quality in reception. Finally, we present a study for take into account some psychovisual constraints in the assessment of the received images quality. We propose the insertion of a reduced reference metric based on psychovisual constraints, to assist the decoder in order to determine the decoding configuration providing the highest quality of experience. Subjective tests confirm the interest of the proposed approach.

Cette thèse s'intéresse aux stratégies de transmission de contenu multimédia des réseaux sans fil. L'intérêt d'une stratégie repose sur sa capacité à gérer les ressources selon les objectifs des applications visées. On propose ainsi un schéma de transmission, qui garantit la qualité de service (QdS), quelles que soient les conditions du canal et suivant les spécificités du contenu multimédia. On exploite pour cela les diversités (spatiales, fréquentielles, etc.) du canal radio. A ce titre, l'association MIMO-OFDM apparaît comme une solution idéale pour accroitre les performances du système. On propose ainsi un système MIMO-OFDMA, qui intègre des stratégies inter-couches. Celles-ci se basent sur des techniques d'adaptation de lien pour régler dynamiquement les paramètres du système. On développe en premier un schéma inter-couches PHY 1 APPL, associé à un système MIMO-OFDM mono-utilisateur, qui transmet une vidéo H.264/SVC. L'adaptation de lien permet de définir le jeu de paramètres optimaux, qui minimise la distorsion de la vidéo reçue. On introduit ainsi une politique d'optimisation sous contraintes de puissance et de taux d'erreurs binaires. Pour tenir compte d'aspects de transmission réalistes, on propose un schéma inter-couches PHY/MAC, dédié à un système MIMO-OFDMA, multi-utilisateurs et multi-services. Ce dernier associe un algorithme d'ordonnancement, au paramétrage optimal, pour fournir au maximum d'utilisateurs des débits utiles respectant les exigences des services demandés. Enfin, on combine les deux premières solutions pour définir les paramètres optimaux minimisant la distorsion de la vidéo reçue par utilisateur, tout en garantissant la QdS des autres services. / This thesis focuses on the transmission strategies of the multimedia content in wireless networks. The advantage of a such strategy is its ability to manage the resources, according to the objectives of the targeted applications. We propose a transmission scheme, which guarantees the quality of service (QoS), depending on the channel state information and on the multimedia content specifications. We take advantage of the radio channel diversities (spatial, frequency, etc.). ln fact, the association of MIMO and OFDM techniques appears as effective solution to increase the system performance. For this reason, we propose a MIMO-OFDMA system, which considers cross-layer srtategies based on link adaptation schemes to dynamically adjust the system parameters. Firstly, we develop a PHY/APPL cross-layer strategy, dedicated to a single user of a MIMO-OFDMA system, which transmits an H.264/SVC video. The Iink adaptation scheme allows to define the optimum parameters, which minimize the end-ta-end video distortion by using an optimization algorithm under power and bit error rate constraints. To consider the realistic transmission aspects, we propose a PHY/MAC cross-layer strategy, dedicated to a multi-user, multi-service, MIMOOFDMA system. This scheme combines a scheduling policy with optimal parameterization to provide a satisfied troughput to a maximum number of users, acheiving the required services. Finally, the first two solutions are combined to determine the optimal parameters which minimize the end-ta-end distortion of the received video by user, and also acheive QoS requirements of the other services.

De nos jours, le Cloud Networking est considéré comme étant l'un des domaines de recherche innovants au sein de la communauté de recherche du Cloud Computing. Les principaux défis dans un environnement de Cloud Networking concernent non seulement la garantie de qualité de service (QoS) et de sécurité mais aussi sa gestion en conformité avec un accord de niveau de service (SLA) correspondant. Dans cette thèse, nous proposons un Framework pour l'allocation des ressources conformément à un SLA établi de bout en bout entre un utilisateur de services Cloud (CSU) et plusieurs fournisseurs de services Cloud (CSP) dans un environnement de Cloud Networking (architectures d’inter-Cloud Broker et Fédération). Nos travaux se concentrent sur les services Cloud de types NaaS et IaaS. Ainsi, nous proposons l'auto-établissement de plusieurs types de SLA ainsi que la gestion autonome des ressources de Cloud correspondantes en conformité avec ces SLA en utilisant des gestionnaires autonomes spécifiques de Cloud. De plus, nous étendons les architectures et les SLA proposés pour offrir un niveau de service intégrant une garantie de sécurité. Ainsi, nous permettons aux gestionnaires autonomes de Cloud d'élargir leurs objectifs de gestion autonome aux fonctions de sécurité (auto-protection) tout en étudiant l'impact de la sécurité proposée sur la garantie de QoS. Enfin, nous validons notre architecture avec différents scénarios de simulation. Nous considérons dans le cadre de ces simulations des applications de vidéoconférence et de calcul intensif afin de leur fournir une garantie de QoS et de sécurité dans un environnement de gestion autonome des ressources du Cloud. Les résultats obtenus montrent que nos contributions permettent de bonnes performances pour ce type d’applications. En particulier, nous observons que l'architecture de type Broker est la plus économique, tout en assurant les exigences de QoS et de sécurité. De plus, nous observons que la gestion autonome des ressources du Cloud permet la réduction des violations, des pénalités et limite l'impact de la sécurité sur la garantie de la QoS. / Today, Cloud Networking is one of the recent research areas within the Cloud Computing research communities. The main challenges of Cloud Networking concern Quality of Service (QoS) and security guarantee as well as its management in conformance with a corresponding Service Level Agreement (SLA). In this thesis, we propose a framework for resource allocation according to an end-to-end SLA established between a Cloud Service User (CSU) and several Cloud Service Providers (CSPs) within a Cloud Networking environment (Inter-Cloud Broker and Federation architectures). We focus on NaaS and IaaS Cloud services. Then, we propose the self-establishing of several kinds of SLAs and the self-management of the corresponding Cloud resources in conformance with these SLAs using specific autonomic cloud managers. In addition, we extend the proposed architectures and the corresponding SLAs in order to deliver a service level taking into account security guarantee. Moreover, we allow autonomic cloud managers to expand the self-management objectives to security functions (self-protection) while studying the impact of the proposed security on QoS guarantee. Finally, our proposed architecture is validated by different simulation scenarios. We consider, within these simulations, videoconferencing and intensive computing applications in order to provide them with QoS and security guarantee in a Cloud self-management environment. The obtained results show that our contributions enable good performances for these applications. In particular, we observe that the Broker architecture is the most economical while ensuring QoS and security requirements. In addition, we observe that Cloud self-management enables violations and penalties’ reduction as well as limiting security impact on QoS guarantee.

Depuis quelques années le trafic de l'internet mobile ne cesse d'augmenter. Cette croissance soutenue est liée à plusieurs facteurs, parmi lesquels l'évolution des terminaux, la grande diversité des services et des applications disponibles et le déploiement des nouvelles technologies d'accès radio mobile (3G/4G). À cet égard, le standard 3GPP pour les réseaux LTE propose une architecture offrant une gestion fine de la QoS (par flux). Ce modèle, hérité des réseaux mobiles traditionnels orientés connexion, soulève des problèmes en termes de scalabilité, efficacité et performances. Les travaux entrepris dans cette thèse ont pour objectif principal de proposer des solutions plus simples et moins coûteuses pour la gestion de la QoS dans les réseaux mobiles. À cette fin, à l'issue d'une étude et de l'évaluation de l'impact de la signalisation associée au modèle de QoS standard, deux modèles alternatifs ont été proposés. Nous proposons tout d'abord un modèle basée sur les mécanismes IP inspiré de l'approche DiffServ (par agrégat) largement étudié dans les réseaux IP fixes. Ce modèle fournit une gestion de la QoS simple, efficiente et rentable, tout en garantissant des performances équivalentes au modèle standard. Cependant, elle nécessite une remise à niveau de tous les eNB, et donc une longue phase de transition. En conséquence, nous proposons SloMo qui vise à améliorer l'expérience des clients mobiles, mais avec un objectif de déploiement plus rapide. SloMo est une solution de gestion implicite de la QoS depuis un point unique situé sur le chemin des communications. SloMo exploite la dynamique instaurée par le mécanisme de contrôle de flux de TCP. Il vise à recréer un goulot d'étranglement dynamique dans un équipement contrôlé par l'opérateur lorsque les points de congestion réels ne sont pas accessibles. Une fois ce goulot d'étranglement déporté, il est alors aisé d'effectuer une gestion de la qualité IP classique dans l'équipement supportant Slo-Mo. / The mobile data landscape is changing rapidly and mobile operators are today facing the daunting challenge of providing cheap and valuable services to ever more demanding customers. As a consequence, cost reduction is actively sought by operators as well as Quality of Service (QoS) preservation. Current 3GPP standards for LTE/EPC networks offer a fine tuning QoS (per-flow level), which inherits many characteristics of legacy telco networks. In spite of its good performance, such a QoS model reveals costly and cumbersome and finally, it remains very rarely deployed, thereby giving way to basic best-effort hegemony. This thesis aims at improving QoS in mobile networks through cost-effective solutions; To this end, after an evaluation of the impact and cost of signaling associated with the standard QoS model, alternative schemes are proposed, such as the IP-centric QoS model (per aggregate) inspired from the DiffServ approach widely used in fixed IP networks. This model provides a simple, efficient and cost-effective IP level QoS management with a performance level similar to standardized solutions. However, as it requires enhancements in the eNB, this scheme cannot be expected in mobile networks before a rather long time.Thus, we introduce Slo-Mo, which is a lightweight implicit mechanism for managing QoS from a distant point when the congestion point (e.g. eNB) is not able to do it. Slo-Mo creates a self-adaptive bottleneck which adjusts dynamically to the available resources taking advantage of TCP native flow control. Straightforward QoS management at IP level is then performed in the Slo-Mo node, leading to enhanced customer experience at a marginal cost and short term.

Le monde des réseaux de capteurs sans fil ‘RCSF’ a connu de grands progrès au cours de ces dernières années. Ainsi, les RCSF ont pu intégrer divers champs d’application (environnement, militaire, médecine, domotique ...) dont quelques-uns ayant des exigences en termes de qualité de service ‘QdS’. Cependant, la garantie de la QdS dans un RCSF pose des problèmes de recherche non triviaux, à cause de la nature peu fiable de la communication sans fil et des limitations des ressources des nœuds RCSF (processeur, mémoire, énergie ...). Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes focalisés sur les protocoles MAC afin d’améliorer le support de QdS dans les RCSF. Plus particulièrement, le standard IEEE 802.15.4. Les mécanismes de conservation d’énergie proposés par ce standard sont efficaces et présentent une flexibilité par rapport aux besoins des applications. Néanmoins, le temps de sommeil des nœuds affecte considérablement le délai de communication, donnant naissance à un compromis énergie/délai. Pour résoudre ce problème, nous avons amélioré ce standard pour un meilleur support des applications temps-réel. L’approche proposée permet de réduire le délai de communication de manière significative, même pour de faibles rapports cycliques, grâce au nouveau format de la supertrame. Les performances ont été validées par simulation et sur des plateformes de nœuds RCSF réelles. Nous avons proposé également un modèle de simulation pour le standard IEEE 802.15.4 sous le simulateur NS-3. / In the last years, Wireless Sensor Networks ‘WSN’ knew a tremendous evolution which attracted many applications. WSN has several characteristics that make it a unique research field, such as, WSN nodes’ constraints and the unreliable (lossy) wireless communication. The IEEE 802.15.4 standard is the first standard designed for this type of networks known as LR-WPANs ‘Low-Rate Wireless Personal Area Network’. The energy conservation mechanism proposed by the current standard is quite efficient and very flexible. This flexibility comes from the ability to configure different duty cycles to meet specific applications’ requirements. However, this mechanism has a considerable impact on the end-to-end delay. Our approach resolves the energy/delay trade-off by avoiding the storage of the real-time data in the coordinator during sleep time, more particularly in Multi-source Multi-sink networks. A new superframe structure is adopted and a deterministic reception scheduling is used. In this thesis, we also proposed a new WPAN model for the Network Simulator 3 ‘NS-3’.

La résolution du problème des vides dans le routage géographique dédié aux réseaux de capteurs sans fil (RCS), rencontrés lors de la remontée des informations vers les nœuds collecteurs à partir des nœuds du réseau, constitue un verrou technologique qui reste un problème ouvert encore aujourd'hui. Cette thèse, contrairement aux méthodes traditionnelles, propose une nouvelle approche pour la prise en charge de ces vides tout en optimisant l'efficacité énergétique des nœuds déployés dans un RCS faisant ainsi du routage proposé une solution adéquate pour l'acheminement des informations en temps réel. Celui-ci se base sur l'information géographique concernant le nœud courant, les vides voisins et le nœud destinataire du paquet. Notre proposition agit aussi sur des mécanismes assurant la découverte, l'annonce et la maintenance des vides d'un RCS. Le premier protocole proposé, appelé VT-SPEED, est construit sur la base d'une fonction évolutive intégrant un mécanisme d'évitement adaptatif des vides et considérant simultanément la charge des nœuds candidats au routage et leur information géographique de localisation. Afin d'optimiser l'efficacité énergétique de VT-SPEED, notre proposition inclut par ailleurs de nouvelles routines sur la base de fonctions paramétriques pour la prise en compte de l'énergie dans le routage : (a) suppression des paquets retardés sur la base de leur échéance et (b) équilibrage de charge dans le choix des sauts des paquets. Les résultats enregistrés par le protocole résultant, appelé VE-SPEED, montrent que l'approche proposée prend en compte les flux de type temps-réel, possède une grande tolérance aux vides, conserve mieux l'énergie des nœuds de bordure, assure un meilleur équilibrage de charge, et consomme de manière optimisée l'énergie des nœuds capteurs / Resolution of the void-problem in geographical routing in Wireless Sensor Networks (WSN) is an open problem and it can be considered as key issue in disseminating data from sensor nodes to sinks. In this thesis, unlike previously-proposed methods, we address this problem in a different manner by proposing a novel approach to handle both voids and real-time flows with optimizing energy-efficiency of deployed nodes in a WSN. The proposed approach is based on the geographic information of the current node, of the neighbor voids and of the sink. Our proposal relies on the mechanisms that discover voids, announce them and then maintain them. The first proposed protocol, called VT-SPEED, is based on an adaptive void-avoidance mechanism that considers both load of routing candidate nodes and their localization information. To make VT-SPEED energy-aware, we also propose new routines based on parameterized functions that handle routing dissipation energy : (a) dropping out-of-order packets and (b) load-balancing when choosing next hop of packets. The resulting protocol, called VE-SPEED, has satisfactory results which show that the proposed approach satisfies the real-time constraints of data flows, tolerates voids, preserves energy resources of boundary nodes, balances load between nodes and has optimal energy consumption

Les cyber-attaques pourraient engendrer des pertes qui sont de plus en plus importantes pour les utilisateurs finaux et les fournisseurs de service. Ces attaques sont, en outre, élevées par une myriade des ressources infectées et comptent surtout sur les réseaux pour être contrôlées, se propager ou endommager. Face à ces risques, il y a un besoin essentiel qui se manifeste dans la réponse à ces nombreuses attaques par des stratégies de défense efficaces. Malgré les multitudes efforts dévouées pour mettre en œuvre des techniques de défense complètes afin de se protéger contre les attaques réseaux; les approches proposées n’ont pas parvenus à satisfaire toutes les exigences. Les stratégies de défense impliquent un processus de détection complété par des actions de mitigation. Parallèlement à l’importance accordée à la conception des stratégies de détection, il est essentiel de fermer la boucle de sécurité avec des techniques efficaces permettant d’atténuer les impacts des différentes attaques. Dans cette thèse, nous proposons une technique pour réagir aux attaques qui abusent les ressources du réseau, par exemple, DDoS, botnet, distribution des vers, etc. La technique proposée s’appuie sur des approches de gestion du trafic et utilise le standard Multiprotocol Label Switching (MPLS) pour gérer le trafic diagnostiqué comme abusant du réseau, tout en invoquant les processus de détection. Les objectifs de notre technique peuvent être résumés comme suit: d’une part, fournir les moyens — par la qualité de service et schémas de routage — à séparer les flux suspects des légitimes, et d’autre part de prendre le contrôle des flux suspects. Nous bénéficions de l’extension du MPLS au niveau d’inter-domaine pour permettre une coopération entre les fournisseurs, permettant par suite la construction d’un mécanisme de défense à grande échelle. Nous développons un système afin de compléter les aspects de gestion de la technique proposée. Ce système effectue plusieurs tâches telles que l’extraction de données d’alerte, l’adaptation de la stratégie et la configuration des équipements. Nous modélisons le système en utilisant une approche de regroupement et un langage de politiques de sécurité afin de gérer de manière cohérente et automatique le contexte et l’environnement dans lequel la technique de mitigation est exécutée. Enfin, nous montrons l’applicabilité de la technique et du système à travers des différentes simulations tout en évaluant la qualité de service dans des réseaux MPLS. L’application de la technique a démontré son efficacité dans non seulement la mitigation des impacts des attaques mais aussi dans l’offre des avantages financiers aux acteurs de la chaîne de sécurité, à savoir les fournisseurs de service / Cyber attacks cause considerable losses not only for end-users but also service providers. They are fostered by myriad of infected resources and mostly rely on network resources for whether propagating, controlling or damaging. There is an essential need to address these numerous attacks by efficient defence strategies. Researchers have dedicated large resources without reaching a comprehensive method to protect from network attacks. Defence strategies involve first a detection process, completed by mitigation actions. Research on detection is more active than on mitigation. Yet, it is crucial to close the security loop with efficient technique to mitigate counter attacks and their effects. In this thesis, we propose a novel technique to react to attacks that misuse network resources, e.g., DDoS, Botnet, worm spreading, etc. Our technique is built upon network traffic management techniques. We use the Multiprotocol Label Switching (MPLS) technology to manage the traffic diagnosed to be part of a network misuse by detection processes. The goals of our technique can be summarized as follows: first to provide the means — via QoS and routing schemes — to segregate the suspicious flows from the legitimate traffic; and second, to take control over suspicious flows. We profit from the enhancement on the inter-domain MPLS to permit a cooperation among providers building a large-scale defence mechanism. We develop a system to complete the management aspects of the proposed technique. This system performs tasks such as alert data extraction, strategy adaptation and equipments configurations. We model the system using a clustering method and a policy language in order to consistently and automatically manage the mitigation context and environment in which the proposed technique is running. Finally, we show the applicability of the technique and the system through simulation. We evaluate and analyse the QoS and financial impacts inside MPLS networks. The application of the technique demonstrates its effectiveness and reliability in not only alleviating attacks but also providing financial benefits for the different players in the mitigation chain, i.e., service providers